模拟静电场

模拟静电场 任课教师熊宏齐

1.为什么要用模拟法？ 2.实验中用什么场来模拟静电场？ 3.稳恒电流场形成的条件是什么？ 4.用稳恒电场模拟静电场要注意哪些事项？ 6.等势面与电场线的关系？ 7.仪器设置的巧妙之处。课　前　思　考

实　验　目　的 （1）掌握模拟法的概念，学习用模拟法描绘静电场。（2）通过对静电场分布的研究，加强对电场强度和电位的了解。研究静电现象或电子束的运动规律时，需要了解静电场的电场分布情况。带电体周围静电场分布在科学研究和工程技术中有重要的作用。

实　验　原　理 理论计算 • 计算十分复杂困难直接测量 • 测量仪器的介入会改变原静电场场的分布以相似性原理为基础，用一种易于实现，便于测量的物理状态或过程模拟另一种不易实现，不便测量的状态或过程。模拟法

实　验　原　理 • 模拟法可以分成两大类： • 计算机模拟：两个不同本质的物理过程，用同一个数学方程来描述。 • 物理模拟：保持同一物理场本身，相同的物理现象/过程缩小或放大模拟再现。 “风洞”的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行物理模拟分为几何模拟、动力相似模拟、替代或类比模拟三类。本实验属于替代或类似模拟。

实　验　原　理 1、静电场的相似模拟——稳恒电流场当电流场中的电极与静电场中的导体有相同的形状和位置，并且有相同的电位差时，可以证明，这两种具有相同边界条件的相同方程，有相同的解，即有相同的电位分布。例如：真空中柱状电容器的静电场电势分布

实　验　原　理 A B 同轴圆筒电极间的稳流场中电势分布：

实　验　原　理 2、稳恒电流场模拟静电场，要满足以下实验条件 • 电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同； • 稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足电极电导率远远大于介质的电导率； • 电极形状和介质具有对称性时场量也具有对称性，例如对于具有轴对称性的电场，只要测量其中任何一个垂直于轴的截面的径向电位分布就行了。

实　验　原　理 3、介绍两种电场

实　验　原　理 2、聚焦电极

实　验　仪　器 EQC-3型导电微晶静电场描绘仪

实　验　仪　器 本实验有两种静电场描绘仪箱，每个描绘仪箱装有两种不同形状的电极，共四种电极，提供不同的电场供测绘。分别是同轴圆柱中的电场，聚焦电场，点状非均匀电场，点条状非均匀电场。

实　验　内　容 • 静电场描迹仪测绘同轴圆柱体中间区域的电场分布。 • 改换同一静电场描绘仪箱导电玻璃上的另一电极，描绘出对应的等势线及电力线。 • 使用两种不同静电场描绘仪箱的同学在完成本仪器两种电极等势线及电力线的描绘后，互相交换仪器（须告知任课老师），再描绘另外1～2种电极的等势线及电力线。

实　验　步骤 10.00v • 坐标纸固定好；实验中能不能移动？ 2. 调节两个电极间电压为10.0V；

实　验　步骤 3、等势面的测量方法：直接测量法将K1打向“直接”、K2打向“校正”，调节电压调节旋钮至10V；然后将K2打向“测量”，即可进行正常测量。检零法将K1打向“检零”、K3打向“设定”，调节设定调节旋钮至需要的量值；然后将K3打向“检零”即可测量。 k1 k2 k3 k4 k5

V G 实　验　步骤 + - C - + C 等势面的测量方法检零法直接测量法哪种方法更好？

实　验　步骤 E a b E 4、测量画一条曲线需要取15-20点电势面、电场线实验后再画出如何评价实验的准确性？用同步探针探测不同电势（0V、2V、4V、6V、8V、10V）的若干等势点。

实　验　步骤 5 、测出各等势线的半径r实，并和同一电势相对值（U/U0）时的半径r理论相比较，计算相对误差，并分析产生误差的原因。

实　验　步骤 6、改换导电玻璃上的其它电极，描绘出对应的等势线及电力线，方法同前。（任选1～2种电极形状。）观察思考如果电源电压增加一倍，等势线和电力线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否发生变化？为什么？

模拟静电场

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